基于MSP430 單片機的便攜式氣象儀設計

　　0 引言

　　溫度.濕度.氣壓.風速.風向等氣象參數的測量在日常生活.農業(yè).漁業(yè).工業(yè).林業(yè).航海等領域中起著十分重要的作用，很多地區(qū)氣象參數的測量大多依靠當地天氣預報，可是，天氣預報地域范圍較廣，無法精確到小區(qū)域的氣候測量.而搭建氣象臺成本較高，性價比很低，因此設計一種小型化，便攜式的綜合氣象測量儀就顯得十分必要.針對上述問題本文設計了一種低功耗便攜式氣象儀，該氣象檢測系統(tǒng)可以有效地測量小區(qū)域的溫度.濕度.氣壓.風速.風向等氣象參數，精度可達到普通氣象測量要求，還有實時顯示.實時存儲.回溯查詢的功能，具有低功耗.小型化.便攜式.低成本的特點，適應于各種小區(qū)域的氣象測量，具有一定的實用價值.

　　1 系統(tǒng)設計和工作原理

　　如圖1 所示，本氣象測量系統(tǒng)以低功耗單片機MSP430F149作為核心控制部件，加以溫度測量模塊.濕度測量模塊.氣壓測量模塊.風速測量模塊.風向測量模塊.時鐘模塊.以及E2PROM.液晶顯示和獨立按鍵等模塊組成.

　　利用各個傳感器將溫度.濕度.氣壓.風速.風向轉化為電信號，通過單片機處理后得到測量數據，各個數據和時鐘芯片得到的時間信息一并在液晶上顯示，實現氣象參數的實時顯示.

　　通過E2PROM 和獨立按鍵實現數據的存儲和查詢--按下存儲鍵，儲存當前的時間和數據；按下查詢鍵，查詢以前存儲的測量數據.同時，還具有自動測量的功能，自動測量時，關閉液晶，測得數據每小時存入E2PROM一次.

　　2 硬件設計

　　2.1 MSP430簡介

　　MSP430 是TI 公司推出的一系列超低功耗微處理器.它的顯著特性是具有超低功耗，有5個低功耗模式可供選擇，喚醒時間很短，只需6 μs,同時還擁有強大的處理力，集成度高，嵌入模塊豐富（12位A/D.16位定時器.FLASH 等），多用于智能儀表.智能家電.電池供電等便攜式設備中.本氣象儀采用MSP430 系列的MSP430F149單片機為主控芯片，不僅滿足了設計的要求，可以直接運用內部集成的12位A/D和16位定時器，減少外圍模塊，從而提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性.同時還可使單片機進入低功耗模式，有效地減少系統(tǒng)功耗，節(jié)約電能.

2.2 溫度測量模塊

　　目前常用的溫度傳感器主要有模擬式和數字式兩種.模擬式的溫度傳感器主要有PT100,它精度高，性能穩(wěn)定，工作溫度在-200~650 ℃之間，但是由PT100構成的溫度測量電路十分復雜，功耗和成本較大，而且普通氣象測量對于溫度測量的精度要求并不是十分高，所以，本設計選用電路較為簡單的數字式溫度傳感器AD7416.

　　AD7416是一款多功能溫度傳感器，內部采用10位逐次逼近型模/數轉換器，典型的溫度轉換時間為400 μs,分辨率可達0.25 ℃，測量范圍為-40~125 ℃，最低功耗可達1.2 μW,采用I2C 總線進行數據傳輸，并且具有過溫保護和采樣放錯機制.選用此傳感器不僅滿足精度要求，而且電路簡單，還可以達到低功耗的功能.溫度測量電路如圖2 所示，串行總線地址的低3 位A0,A1,A2均接地，其串行地址為48H;其數據引腳SDA和時鐘引腳SCL外接上拉電阻與單片機I/O口相連，通過I2C總線寫入控制字，控制其進行溫度測量.

　　2.3 濕度測量模塊

　　濕度傳感器主要分為電容式和電阻式兩大類，目前應用比較廣泛的是HS1101電容式濕度傳感器，它的穩(wěn)定性好.精度高.外帶防護罩.抗靜電.防灰塵.并可抵抗氯氣.氨水等，可測量的濕度范圍為1%~100% RH,精度可達±2% RH,符合普通氣象測量的要求.當相對濕度變化時HS1101的相對電容改變，相對電容大小的改變會導致充放電時間的變化，測量時僅需要根據充放電頻率即可計算出相對濕度.

　　濕度測量電路如圖3所示，相對濕度測量通過555多諧振蕩電路實現，HS1101作為電容變量接在TLC555芯片的2 腳和5 腳之間，管腳7 用作電阻R5 的短路，等量電容HS1101通過R3,R4充電到門限電壓（約0.67 V），通過R4 放電到觸發(fā)電平，然后R4 通過7短路到地，傳感器由不同的電阻R5,R4充放電，形成充放電循環(huán)，形成方波.由單片機測得方波頻率，根據HS1101的換算關系，轉換成濕度置.